Większa wydajność upraw dzięki rozpoznaniu szlaków cząsteczkowych i wymianie wiedzy

Finansowana przez UE międzynarodowa inicjatywa przeanalizowała, w jaki sposób badania nad kontrolą cząsteczkową rozwoju nasion oraz rozwojem w modelowym gatunku – rzodkiewniku pospolitym – można zastosować do zbóż i innych upraw.

Żywność i zasoby naturalne

Bezpieczeństwo żywnościowe to światowy priorytet. Z uwagi na wzrost populacji oraz ograniczenie dostępnych gruntów pod uprawę spowodowane zmianą klimatu zwiększona produkcja żywności jest jednym z najpoważniejszych prób, jakim ludzkość poddawana jest w tym stuleciu. Twórcy finansowanego przez UE projektu ExpoSEED zajęli się tym problemem poprzez zastosowanie różnych nowych podejść do modelu oraz gatunków upraw, aby zrozumieć, w jaki sposób można zwiększyć wydajność uprawianych gatunków. „Rozpoznaliśmy kluczowe czynniki kontrolujące tworzenie się kwiatostanu oraz rozwój nasion w dalece spokrewnionych gatunkach, aby pomóc w tworzeniu bezpieczeństwa żywieniowego”, opowiada koordynatorka projektu, Raffaella Battaglia. Projekt tworzyło międzynarodowe wielosektorowe konsorcjum dziewięciu partnerów z Niemiec, Hiszpanii, Włoch, Holandii, Argentyny, Australii, Kolumbii, Japonii oraz Meksyku. Konsorcjum obejmowało naukowców ze świata nauki oraz firmy zajmujące się produkcją roślin. Wspólnie pracowali oni nad różnymi gatunkami roślin. „Wzięliśmy na warsztat gatunki modelowe (rzodkiewnik pospolity), zboża takie jak ryż, jęczmień, pszenica i pszenica durum, a także gatunki maku, pomidorów oraz kawy”, wyjaśnia Battaglia.

Postęp poprzez współpracę

W projekcie ExpoSEED wykorzystano tę uzupełniającą się wiedzę fachową, aby przekazywać informacje z różnych gatunków i przyspieszać odkrywanie funkcji genów. „Ten aspekt projektu był kluczowy”, zauważa Battaglia. „Przyspieszy on odkrywanie funkcji genów u tych gatunków, u których redundancja genetyczna i brak narzędzi cząsteczkowych utrudniają skuteczne rozpoznawanie genów, które można poddawać manipulacji w celu zwiększania wydajności upraw”. Jednym z ważnych rezultatów projektu ExpoSEED był dokładniejszy opis kontroli cząsteczkowej na tworzeniem się owoców i nasion, możliwy dzięki współpracy partnerów. „Rozpoznanie osi cząsteczkowych łączących różne szlaki było bardzo ważne – dzięki niemu udało się zrozumieć, które elementy można poddawać manipulacji, aby ostatecznie poprawić wydajność i ograniczyć kompromis pomiędzy składnikami upraw”, mówi Battaglia. Zbadanie rzodkiewnika pospolitego dostarczyło szczegółowych informacji na temat sieci cząsteczkowych kontrolujących tworzenie wzorców owocolistków, ustalanie zalążków, wielkość owoców oraz produkcję nasion. „Co ciekawe, udało nam się wyjaśnić interakcje pomiędzy kluczowymi genami kontrolującymi różnicowanie się owocolistków oraz metabolizm hormonów”, wskazuje badaczka. Dodatkowo partnerzy pracujący nad projektem zastosowali perspektywę ewolucyjną, skutkującą dokładnym zrozumieniem sieci cząsteczkowych odpowiadających za tworzenie się kwiatów u gatunków z rodziny maków, pomidorów oraz kawy.

Liczne korzyści

Oprócz publikacji wyników w wiodących recenzowanych czasopismach naukowych o dużym znaczeniu, projekt ExpoSEED ułatwił również współpracę pomiędzy nauką a przemysłem. „Ekscytujące było budowanie sieci, w ramach której wiedza pozyskana dzięki modelowym gatunkom, takim jak rzodkiewnik pospolity, była omawiana i oceniana w odniesieniu do upraw. Kolejnym wyzwaniem dla nauki o roślinach jest obecnie dalsze zbadanie funkcji genów w celu pokonania wszelkich ewentualnych zastojów, które mogą wstrzymać zwiększenie wydajności upraw”, mówi Battaglia. Omawiany projekt był częścią inicjatywy wymiany personelu w ramach badań i innowacji związanych z działaniem „Maria Skłodowska-Curie” (MSCA-RISE). Dzięki niemu zarówno doświadczeni naukowcy, jak i badacze na wczesnym etapie kariery mieli możliwość pracy w najwyższej klasy laboratoriach, zwiększenia zestawu swych umiejętności oraz przekazania swym instytucjom macierzystym uzyskanej wiedzy, a dodatkowo przyspieszenia rozwoju swej kariery. Korzyści płynące z projektu ExpoSEED odczuje również sama społeczność naukowa, jako że twórcy projektu opracowali wiedzę naukową i nowatorskie hipotezy, które są obecnie analizowane. „Na dłuższą metę wiedza pozyskana w projekcie stanowić będzie krok naprzód w osiąganiu bezpieczeństwa żywnościowego”, podsumowuje Battaglia.